收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

特厚复合顶板巷道支护结构与围岩稳定的耦合控制研究

苏学贵  
【摘要】:特厚复合顶板为大厚度不稳定层状围岩,依据传统的支护理论难以诠释锚索的作用机理与巷道支护结构,要科学合理地确定支护参数较为困难。本论文在总结分析现有巷道支护理论基础上,结合国家自然科学基金项目(51274145)“涵盖峰后大变形过程的巷道围岩与支护平衡规律及控制机理研究”和煤气化专项基金项目“神州煤业4#煤层巷道联合支护技术研究”,采用理论分析、试验模拟、数值模拟及工程实践应用等方法,对特厚复合顶板巷道支护结构与围岩稳定控制技术进行了研究,得出以下结论: (1)在总结分析现有支护理论的基础上,提出特厚复合顶板巷道拱梁耦合支护新理论:特厚复合顶板破坏主要包括弯曲断裂离层和层间错动离层;在锚杆作用下浅部岩层形成组合梁,深部复合顶板在锚索高预应力作用下形成压缩承载拱,“拱”与“梁”耦合作用形成特厚复合顶板巷道支护承载结构主体;建立巷道拱-梁结构体系力学模型,提出支护结构稳定性力学计算与支护参数设计方法。 (2)利用大尺度二维相似模拟试验系统,以神州煤业4#煤层特厚复合顶板为原型,试验模拟不同支护条件巷道分级加载(0~40MPa)过程中巷道围岩应力、围岩位移变化等规律。试验结论为: ①无支护巷道:顶板浅部岩层位移呈μ=aln (p)+b对数曲线变化特征,顶板岩层弯曲破坏从中间开始向两侧扩展,呈拱形冒落。顶板围岩垂直应力随该岩层离层破坏逐步使两侧垂直应力升高,增压系数1.12~1.60;围岩水平应力随该岩层破坏逐步使上部岩层水平应力升高,增压系数1.12-1.18;水平应力是复合顶板产生挤压弯曲、剪切错动破坏的主要因素。 ②顶帮锚杆支护巷道:顶板围岩位移呈μ=kp+b线性变化规律,锚杆锚固层中部位移速率大于两侧,岩层整体性提高,呈组合梁弯曲变形特征;当锚杆组合梁弯曲破断后,上部围岩应力明显下降,岩层破坏向两侧及上部扩展,仍然形成冒落拱。锚杆组合梁中水平应力较高,侧压系数达1.45,表明水平应力是组合梁弯曲变形的主要因素;组合梁两端垂直应力高于水平应力,表明垂直应力是巷道肩部剪切破坏的主要因素;锚杆组合梁形成后,使巷道顶板水平承载力提高49%,垂直承载力提高30%,综合承载能力提高75%。 ③锚索+顶帮锚杆联合支护巷道:锚索减跨作用下锚杆组合梁抗弯强度增加,组合梁上部围岩应力上升、位移减小;顶板岩层中部与两侧位移速率差值由浅到深递减,顶板深部基本接近,表明顶板较大范围内围岩整体性提高,显现锚索压缩拱特征;拱-梁组合结构形成后与锚杆支护巷道相比顶板下沉量减少43%。 ④锚索+全断面锚杆支护巷道:在斜跨锚索作用下围岩压缩拱范围有所扩大,锚杆组合梁最大水平承载力比锚索垂直布置提高35%;顶板下沉量比锚索垂直布置减少16%,比顶帮锚杆支护减少52.3%;巷道底板在采用锚杆支护后承载能力增大,底鼓量减小77.4%。 (3)采用RFPA2D数值模拟试验,以神州煤业4#煤层特厚复合顶板为模拟对象,对不同支条件巷道分级加载时围岩破坏过程进行模拟。计算分析围岩应力场特征与围岩裂隙演化规律。分别研究不同围岩应力对巷道围岩稳定性的影响规律以及支护结构不同对巷道围岩变形破坏的影响规律。数值模拟表明随锚索密度增加特厚复合顶板中形成的“拱-梁组合”结构特征越加明显,支护强度越高。 (4)基于本文的特厚复合顶板巷道支护理论与围岩稳定控制技术,合理优化设计巷道支护参数,并在神州煤业4303工作面顺槽巷道及切眼中实际应用。经过监测分析与生产应用验证了巷道支护结构的稳定性,取得良好的支护效果。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 赵家伟;肖青林;施德军;;煤巷锚带网及工字钢加强支护技术[J];煤矿开采;2008年04期
2 黄升宏;复合顶板巷道支护[J];矿山压力与顶板管理;1996年01期
3 何炳银;;复合顶板巷道锚索的破断及其分析[J];煤炭工程;2007年04期
4 熊建华;韩焕胜;;复合顶板巷道锚索的破断及其分析[J];科技信息;2009年34期
5 何炳银;;复合顶板顺槽锚索的破断及其预防[J];水力采煤与管道运输;2007年01期
6 苏广福,鞠超;沿空掘巷锚杆支护实践[J];煤炭技术;2004年06期
7 廉守东;;锚带网联合支护技术在特厚复合顶板中的应用[J];黑龙江科技信息;2007年18期
8 陈素彬,李光前;屯兰矿复合顶板巷道支护技术研究[J];西山科技;2001年06期
9 高峰;李纯宝;张树祥;;复合顶板巷道变形破坏特征与锚杆支护技术[J];煤炭科学技术;2011年08期
10 李明国;刘宝昌;崔建忠;;近距离采空区下破碎复合顶板煤巷支护技术[J];煤矿开采;2006年05期
11 刘怀婷;朱辉;;复合顶板下沿空掘巷联合支护设计[J];人力资源管理;2010年12期
12 杨本水,吴玉华;复合顶板控制机理与防治实践[J];煤矿开采;1998年02期
13 何全洪;大倾角复合顶板工作面推垮型冒顶机理分析[J];矿山压力与顶板管理;2002年01期
14 毛廷育,闫学功;复合顶板下高档普采顶板管理[J];煤矿安全;2003年03期
15 周峰 ,俊利 ,李强;汶南煤矿成功应用复合顶板超前逮顶支护技术[J];建井技术;2003年03期
16 李洪,马全礼;复合顶板运动规律及控制研究[J];矿山压力与顶板管理;2004年01期
17 聂其能;熊祖强;;大断面高地应力复合顶板巷道预应力锚杆支护技术[J];中国高新技术企业;2008年16期
18 王永祥;;软厚煤层复合顶板的锚杆支护设计与施工[J];煤炭技术;2008年09期
19 杨峰;王连国;贺安民;高峰;许东来;;复合顶板的破坏机理与锚杆支护技术[J];采矿与安全工程学报;2008年03期
20 韩建盛;任红晓;;深井复合顶板条件下预应力锚杆巷道支护技术应用[J];煤炭技术;2009年11期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 戴耀辉;;复合顶板条件下巷道合理层位模拟与应用[A];安全高效矿井建设与开采技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2010)[C];2010年
2 汪启友;陈宇;;复合顶板回采巷道锚网索支护技术[A];全国矿山建设学术会议论文选集(下册)[C];2003年
3 张存乾;田俊峰;;锚网索支护在复合顶板矿井的应用分析[A];西部矿山建设工程理论与实践[C];2009年
4 李团结;;煤巷复合顶板支护优化技术[A];安全高效矿井建设与开采技术——陕西省煤炭学会学术年会论文集(2010)[C];2010年
5 章人波;;深井采空区上层煤厚层复合顶板高地压煤巷锚杆支护技术[A];煤炭科学与技术研究论文集[C];2010年
6 赵继忠;崔雪峰;;锚网索支护技术在车集煤矿复合顶板中的应用[A];全国矿山建设学术会议论文选集(下册)[C];2003年
7 雷贵生;;王村斜井复合顶板锚网索支护优化技术研究[A];西部矿山建设工程理论与实践[C];2009年
8 马其华;王宜泰;;高应力软岩巷道流变分析及支护研究[A];中国软岩工程与深部灾害控制研究进展——第四届深部岩体力学与工程灾害控制学术研讨会暨中国矿业大学(北京)百年校庆学术会议论文集[C];2009年
9 王春亭;赵刚;;通化吉恩镍矿无底柱采场地压显现规律研究[A];第八届全国采矿学术会议论文集[C];2009年
10 李效甫;李化敏;;煤矿深井地压显现特征与岩层控制[A];第二届全国青年岩石力学与工程学术研讨会论文集[C];1993年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 苏学贵;特厚复合顶板巷道支护结构与围岩稳定的耦合控制研究[D];太原理工大学;2013年
2 赵国栋;巨厚复合顶煤大断面煤巷围岩控制技术研究[D];中国矿业大学(北京);2011年
3 闫振东;大断面煤巷支护技术试验研究及新型锚杆机研发应用[D];中国矿业大学(北京);2010年
4 吴爱民;钱家营近距离煤层煤岩体破坏与巷道优化支护研究[D];中国矿业大学(北京);2010年
5 刘倡清;综放变宽度煤柱回采巷道围岩变形规律及其控制技术[D];西安科技大学;2011年
6 郭庆勇;急倾斜水平分层开采巷道锚网支护工程研究与应用[D];中国矿业大学(北京);2010年
7 詹平;高应力破碎围岩巷道控制机理及技术研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
8 蔡来生;地下开采围岩稳定性及控制技术研究[D];兰州大学;2009年
9 刘卫东;金川镍矿Ⅱ号矿体深部地应力场及工程稳定性研究[D];昆明理工大学;2013年
10 李学彬;钢管混凝土支架强度与巷道承压环强化支护理论研究[D];中国矿业大学(北京);2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王松阳;薄层复合顶板离层冒落机理及控制技术研究[D];西安科技大学;2012年
2 党林航;王村斜井复合顶板煤巷锚杆(索)支护技术研究[D];西安科技大学;2010年
3 胡阳升;薄层复合顶板爆破损伤失稳机理及控制技术[D];西安科技大学;2011年
4 王林;深部厚层复合顶板煤层巷道围岩稳定性分析及控制技术研究[D];湖南科技大学;2011年
5 苏锋;煤巷复合顶板的变形破坏规律分析及合理支护技术研究[D];西安科技大学;2012年
6 聂荣山;不同应力对薄层复合顶板稳定性影响分析[D];西安科技大学;2012年
7 杨蔡君;深部开采复合顶板层间规律研究[D];安徽建筑工业学院;2010年
8 魏敬喜;大断面复合顶板煤巷快速掘进技术研究[D];安徽理工大学;2011年
9 庞景波;双鸭山矿业集团东荣二矿十七层复合顶板支护技术研究[D];辽宁工程技术大学;2006年
10 赵亮;基于有限差分的巷道支护方案模糊筛选系统研究[D];河北工程大学;2010年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 山西焦煤霍州煤电集团白龙煤矿 樊启文;复合顶板综采切巷全断面一次掘进锚网支护技术与实践[N];山西科技报;2005年
2 刘俊恒 张利华 姚润祥;阳煤集团三矿巷道支护有高招[N];山西经济日报;2003年
3 山西焦煤集团西山煤矿总公司 董强;煤矿复合顶板条件下支护技术和设备的研究与应用[N];山西科技报;2004年
4 梁勇 岳文虎;祁东矿自制“铁鞋”巷道支护效果好[N];经理日报;2007年
5 程占国;云驾岭矿工艺创新打造平安巷道[N];河北经济日报;2010年
6 马淑芬 记者  张益龙;创新为“双矿”助跑加力[N];黑龙江日报;2006年
7 本报记者 高蕾 庞舒月;“我们搞技术的就是这么简简单单”[N];中国煤炭报;2007年
8 信永华;粉煤灰陶粒用于巷道支护已成可能[N];中国矿业报;2004年
9 吴启东;煤矿巷道高效安全支护成套技术创新体系取得成功[N];科技日报;2006年
10 胡萍 徐龙彪 万水平;丰矿进行巷道新实验[N];江西日报;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978